Geluidsgolven worden veel gebruikt in medische beeldvorming, zoals wanneer artsen een echo maken van een zich ontwikkelende foetus. Nu hebben wetenschappers een manier ontwikkeld om geluid te gebruiken om weefsel op een veel kleinere schaal te onderzoeken. Onderzoekers van de Universiteit van Bordeaux in Frankrijk gebruikten hoogfrequente geluidsgolven om de stijfheid en viscositeit van de kernen van individuele menselijke cellen te testen. De wetenschappers voorspellen dat de sonde uiteindelijk kan helpen bij het beantwoorden van vragen zoals hoe cellen zich hechten aan medische implantaten en waarom gezonde cellen kanker worden.

"We hebben een nieuwe contactloze, niet-invasief hulpmiddel om de mechanische eigenschappen van cellen op subcelschaal te meten, " zegt Bertrand Audoin, een professor in het mechanisch laboratorium aan de universiteit van Bordeaux. "Dit kan handig zijn om celactiviteit te volgen of celziekte te identificeren." Het werk zal worden gepresenteerd op de 57e jaarlijkse bijeenkomst van de Biophysical Society (BPS), gehouden 2-6 februari, 2013, in Filadelfia, Vader.

De techniek die het onderzoeksteam gebruikte, picoseconde ultrasoon genoemd, werd halverwege de jaren tachtig voor het eerst toegepast in de elektronica-industrie als een manier om de dikte van halfgeleiderchiplagen te meten. Audoin en zijn collega's, in samenwerking met een onderzoeksgroep in biomaterialen onder leiding van Marie-Christine Durrieu van het Institute of Chemistry &Biology of Membranes &Nano-objects aan de Universiteit van Bordeaux, aangepaste picoseconde ultrasoon om levende cellen te bestuderen. Ze groeiden cellen op een metalen plaat en flitsten vervolgens de cel-metaalinterface met een ultrakorte laserpuls om hoogfrequente geluidsgolven te genereren. Een andere laser meet hoe de geluidspuls zich door de cellen voortplant, de wetenschappers aanwijzingen geven over de mechanische eigenschappen van de afzonderlijke celcomponenten.

"Hoe hoger de frequentie van het geluid dat je creëert, hoe kleiner de golflengte, wat betekent dat hoe kleiner de objecten zijn die je kunt onderzoeken", zegt Audoin. "We gebruiken gigahertz-golven, zodat we objecten in de orde van honderd nanometer kunnen onderzoeken." Ter vergelijking:de kern van een cel is ongeveer 10, 000 nanometer breed.

Het team stond voor uitdagingen bij het toepassen van picoseconde ultrasoon om biologische systemen te bestuderen. Een uitdaging waren de vloeistofachtige materiaaleigenschappen van de cel. "Het lichtverstrooiingsproces dat we gebruiken om de mechanische eigenschappen van de cel te detecteren, is veel zwakker dan voor vaste stoffen, ", zegt Audoin. "We moesten de signaal-ruisverhouding verbeteren zonder een krachtige laser te gebruiken die de cel zou beschadigen." Het team stond ook voor de uitdaging van natuurlijke celvariatie. "Als je silicium onderzoekt, je doet het één keer en het is klaar, "zegt Audoin. "Als je de kern onderzoekt, moet je het honderden keren doen en naar de statistieken kijken."

Het team ontwikkelde methoden om deze uitdagingen te overwinnen door hun technieken te testen op polymeercapsules en plantencellen voordat ze verder gingen met menselijke cellen. Het team wil de komende jaren kankercellen met geluid gaan bestuderen. "Een kankerweefsel is stijver dan een gezond weefsel, " merkt Audoin op. "Als je de stijfheid van de cellen kunt meten terwijl je verschillende medicijnen geeft, je kunt op celschaal testen of je de kanker kunt stoppen."